Репликация. Основы презентация

Реплика́ция ДНК
— ферментативный процесс синтеза идентичной дочерней молекулы ДНК по матрице родительской молекулы ДНК.
Артур Корнберг (1918-2007 гг.) и Северо Очоа (1905-1993 гг.)
1959 г. нобелевская премия по физиологии и медицине
"за открытие механизмов биосинтеза РНК и ДНК"

ДНК является носителем генетической информации.
Функция обеспечивается фактом существования генетического кода.
Функции ДНК
2. Воспроизведение и передача генетической информации в поколениях клеток и организмов.
Функция обеспечивается процессом репликации.
3. Реализация генетической информации в виде белков, а также любых других соединений, образующихся с помощью белков-ферментов.
Функция обеспечивается процессами транскрипции и трансляции.

Принципы репликации
1. Комплементарность: каждая из двух цепей "материнской" молекулы ДНК служит матрицей для синтеза второй, т.е. комплементарной, "дочерней" цепи.
2. Антипараллельность: две комплементарные цепи в молекуле ДНК ориентированы в противоположных направлениях , синтезируемая дочерняя цепь ориентирована антипараллельно матричной, т.е. напротив 3'-конца матричной цепи находится 5'-конец дочерней.
3. Униполярность: наращивание цепи при синтезе новой нити ДНК возможно лишь в одном направлении – от 3'-концов к 5'-концам матричных цепей. При этом синтез комплементарных нитей всегда ведется в направлении 5'→3' .

Принципы репликации
3. Униполярность:
направление 5'→3',
от 3'-OH к 5'-P.

Принципы репликации
4. Потребность в затравке: все существующие ДНК-полимеразы не способны начинать синтез цепи днк, они могут лишь наращивать уже имеющуюся полинуклеотидную цепь, последовательно присоединяя дезоксирибонуклеотид к ее 3'-ОН-концу.
5. Полуконсервативность: в ходе репликации образуются две идентичные двойные спирали, в каждой из которых одна цепь – материнская, а вторая – новая, синтезированная из dNTP.
6. Прерывистость: две цепи одной спирали ДНК синтезируются синхронно, но поскольку они антипараллельны, а синтез возможен только в одном направлении, то одна цепь синтезируется непрерывно, а вторая – фрагментами.

Принципы репликации: доказательства
Комплементарность и антипараллельность – метод "ближайших соседей"
Эрвин Чаргафф (1905-2002 гг.)
1950-1953 гг.
Pu / Py = 1
A = T; G = C
(A+T)+(G+C)=100%

Принципы репликации: доказательства
Комплементарность и антипараллельность – метод "ближайших соседей"
А. Корнберг, конец 1950-х гг.
[Дж. Дэвидсон "Биохимия нуклеиновых кислот", изд-во Мир, Москва, 1968 г.]

Принципы репликации: доказательства
Полуконсевативность – эксперименты Мезельсона и Сталя, Ральфа, Тейлора
А. Корнберг:
"Half of what we know is wrong, the purpose of science is to determine which half".

Принципы репликации: доказательства
1958 г., Мэтью Мезельсон (1930 г.) и Франклин Сталь (1929 г.)
2016 г.

Принципы репликации: доказательства
1958 г., Мэтью Мезельсон (1930 г.) и Франклин Сталь (1929 г.)

Принципы репликации: доказательства
Полуконсевативность – 1957 г., эксперимент Джеймса Тейлора (1916-1998 гг.)
Vicia faba
колхицин

Принципы репликации: доказательства
Потребность в затравке и униполярность – эксперименты Корнберга, 1956 г.
"Это было мое убеждение -… вы должны знать актеров, чтобы понять сюжет. А актеры — ферменты. Они являются мини-химиками, машинами, с помощью которых протекают биологические явления,.. легендарный ли это вопрос спиртового брожения … или как светится светлячок."
E.coli + ATP + dNTPs + dT*TP + DNAextra = DNA*
E.coli DNA*
???
100 кг
0.5 г фермента
I. R. Lehman, Maurice J. Bessman, Ernest S. Simms, and Arthur Kornberg
Enzymatic Synthesis of Deoxyribonucleic Acid: I. PREPARATION OF SUBSTRATES AND PARTIAL PURIFICATION OF AN ENZYME FROM ESCHERICHIA COLI // J. Biol. Chem. 1958 233: 163-170.
Maurice J. Bessman, I. R. Lehman, Ernest S. Simms, and Arthur Kornberg
Enzymatic Synthesis of Deoxyribonucleic Acid: II. GENERAL PROPERTIES OF THE REACTION //
J. Biol. Chem. 1958 233: 171-177.
DNA

Ферментативная система синтеза ДНК in vitro
ДНК-матрица - образец, по которому строится новая цепь ДНК.
2. Активированные нуклеотиды – dATP, dGTP, dTTP, dCTP, то, из чего строится дочерняя цепь.
3. ДНК-полимераза - то, что строит новую цепь ДНК.
4. Ионы магния - то, без чего фермент не работает.